犧牲層技術(shù)自20世紀(jì)80 年代美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)至今,得到了快速發(fā)展。犧牲層技術(shù)是 MEMS 工藝設(shè)計(jì)中有別于傳統(tǒng)IC制造工藝技術(shù)之一,該技術(shù)利用一層可被腐蝕或刻蝕的薄膜材料作為結(jié)構(gòu)層和襯底之間的中間層(稱為犧牲層),待結(jié)構(gòu)層圖形化后,再使用濕法刻蝕或干法刻蝕去除中間層材料(稱為犧牲層材料),獲得可動(dòng)微結(jié)構(gòu)或懸空微結(jié)構(gòu)。
可動(dòng)微結(jié)構(gòu)或懸空微結(jié)構(gòu)是 MEMS 中大部分傳感器和執(zhí)行器的不可或缺的敏感元件和執(zhí)行元件(如微型壓力傳感器、微型陀螺、微型加速度計(jì)和微型馬達(dá)等),因此犧牲層技術(shù)在未來(lái)新型 MEMS 器件的創(chuàng)新和制造中將會(huì)扮演更重要的角色。常用的犧牲層材料主要有多晶硅、光刻膠、金屬薄膜和聚酰亞胺等。犧牲層技術(shù)大致包含如下5個(gè)步驟:
①在襯底上沉積一層犧牲層;
②刻蝕犧牲層,做出結(jié)構(gòu)層的支撐點(diǎn);
③在犧牲層上沉積結(jié)構(gòu)層;
④圖形化結(jié)構(gòu)層;
⑤用濕法刻蝕或干法刻蝕去除犧牲層,釋放圖形化的結(jié)構(gòu)層,獲得可動(dòng)微結(jié)構(gòu)或空腔。
犧牲層技術(shù)常常采用濕法刻蝕來(lái)釋放圖形化的結(jié)構(gòu)層,原因在于其刻蝕速率快,設(shè)備簡(jiǎn)單,選擇性好。但濕法刻蝕去除犧牲層后,需要蒸發(fā)溶液和干燥晶片,在此過(guò)程中容易發(fā)生微結(jié)構(gòu)變形和黏附,隨著液體被蒸發(fā),微結(jié)構(gòu)和襯底之間的液體去除緩慢,液體和空氣的界面處產(chǎn)生較大的表面張力,其作用力的垂直分力會(huì)牽引微結(jié)構(gòu)向襯底靠近,使得微結(jié)構(gòu)變形,甚至?xí)霈F(xiàn)微結(jié)構(gòu)與襯底接觸,并在接觸面的范德瓦爾斯力(Van der Waals Force)作用下發(fā)生黏附,導(dǎo)致器件失效。針對(duì)濕法釋放后干燥帶來(lái)的黏附失效,現(xiàn)已開發(fā)了有效的解決方法,如超臨界干燥技術(shù)和干法刻蝕技術(shù)。
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:犧牲層技術(shù)(Sacrificial Layer Technology)
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